फैलाव, रंग, बिखराव, प्रकाश की विकर्षण, चुंबकत्व और बिजली - सामान्य विज्ञान | विज्ञान और प्रौद्योगिकी (Science & Technology) for UPSC CSE PDF Download

वैक्यूम में सफेद प्रकाश के सभी सात रंग एक ही गति से यात्रा करते हैं लेकिन एक पारदर्शी कांच के माध्यम में उनकी अलग गति होती है। वायलेट कांच के माध्यम से सबसे धीमी यात्रा करता है और लाल सबसे तेज यात्रा करता है। अपवर्तनांक वायलेट के लिए अधिक और लाल के लिए कम से कम है। अलग-अलग गति के कारण, रंग अलग-अलग कोणों के माध्यम से अपवर्तित होते हैं और इसलिए, जब सफेद प्रकाश की एक संकीर्ण किरण एक ग्लास प्रिज्म से गुजरती है, तो यह अपने घटक रंगों में विभाजित हो जाती है। इससे स्पेक्ट्रम बनता है। स्पेक्ट्रम में रंग की कोई तेज सीमा नहीं होती है, बल्कि रंग ओवरलैप होते हैं। एक शुद्ध स्पेक्ट्रम स्पेक्ट्रोमीटर या स्पेक्ट्रोस्कोप द्वारा प्राप्त किया जाता है। सूरज की रोशनी, जब स्पेक्ट्रोमीटर के माध्यम से मनाया जाता है, तो सैकड़ों अंधेरे लाइनों द्वारा पार किया जाता है। इन डार्क लाइनों को फ्राउनहोफर की लाइनें कहा जाता है।

उत्सर्जन स्पेक्ट्रा  जब किसी पदार्थ को उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है तो परमाणु एक दूसरे से हिंसक रूप से टकराते हैं। इसके कारण, परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों को उच्च ऊर्जा कक्षाओं में उठाया जाता है।
जब ऐसा कोई इलेक्ट्रॉन वापस आता है, तो निश्चित तरंग दैर्ध्य का प्रकाश उत्सर्जित होता है। प्रत्येक तरंग दैर्ध्य दो कक्षाओं के बीच ऊर्जा में परिवर्तन से मेल खाती है। इस तरह के स्पेक्ट्रा को उत्सर्जन स्पेक्ट्रा कहा जाता है। यह तीन प्रकार का होता है:

(i) परमाणुओं से प्राप्त रेखा स्पेक्ट्रा।

(ii) अणुओं से प्राप्त बैंड स्पेक्ट्रा।

(iii) ठोस और तरल पदार्थ द्वारा दिया गया निरंतर स्पेक्ट्रा

जहां परमाणु और अणु एक दूसरे के बहुत करीब होते हैं। इंद्रधनुष के निर्माण में, बूंदें प्रिज्म की तरह काम करती हैं। प्रत्येक छोटी बूंद में फैलाव के साथ-साथ कुल आंतरिक प्रतिबिंब होता है।

रंग की

एक पौधे की पत्ती सफेद प्रकाश में हरे रंग की दिखाई देती है, क्योंकि यह हरे रंग को दर्शाती है और सफेद प्रकाश के बाकी सभी घटक रंगों को अवशोषित करती है।

लाल, नीला और हरा प्राथमिक रंग हैं। अन्य सभी रंगों को द्वितीयक रंग कहा जाता है जो प्राथमिक रंगों के मिश्रण से प्राप्त किया जा सकता है।

लाल + हरा = पीला

लाल + नीला = मैजेंटा

हरा + नीला = सियान

इसके अलावा,

हरा + मैजेंटा = सफेद

लाल + सियान = सफेद

नीला + पीला = सफेद

लेकिन रंगीन पिगमेंट का मिश्रण एक ही सूत्र का पालन नहीं करता है। उदाहरण के लिए, जब नीली और पीली पेंट को मिलाया जाता है तो वे हरे रंग की नहीं बल्कि हरे रंग की होती हैं। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि सामान्य उपयोग में रंजक अशुद्ध रंगों के होते हैं।

पेंट मिश्रण के लिए सूत्र है:

Vibgyor

नीला + पीला = हरा

या I, बीजी + GYO = ग्रीन

यदि मिश्रण का कोई सामान्य रंग घटक न हो तो रंग काला हो सकता है।
प्रकाश का बिखराव धूल के कणों और यहां तक कि वायुमंडलीय गैसों के अणुओं के कारण होता है। वायलेट प्रकाश सबसे अधिक बिखरा हुआ है, नीला थोथा कम और उस क्रम में रेड कम से कम प्रभावित होता है। आकाश आमतौर पर नीला दिखता है क्योंकि छोटी नीली तरंगें लाल प्रकाश की लंबी लहर से अधिक बिखरी होती हैं। गहरा पानी उसी कारण से नीला दिखाई देता है।
बिखरने

यद्यपि वायलेट का प्रकीर्णन सबसे अधिक होता है, आकाश बैंगनी दिखाई नहीं देता, क्योंकि वायलेट प्रकाश में सूर्य अपेक्षाकृत कमजोर होता है।

प्रकाश का विचलन

आमतौर पर, प्रकाश एक सीधी रेखा में यात्रा करता है। यदि बड़े आकार की बाधा को इसके रास्ते में रखा जाता है, तो यह स्क्रीन पर एक अलग ज्यामितीय छाया देता है। हालांकि, यदि बाधा का आकार छोटा किया जाता है, तो प्रकाश ज्यामितीय रूप से निषिद्ध क्षेत्र में प्रवेश करता है, यह दर्शाता है कि प्रकाश बाधा के कोनों को गोल करता है। इसी तरह का परिणाम पाया जाता है अगर हम छोटे आकार के स्लिट का उपयोग करते हैं। प्रकाश के कोनों को झुकने और ज्यामितीय छाया के क्षेत्रों में फैलने की इस घटना को विवर्तन कहा जाता है।

होलोग्राफी: यह त्रि-आयामी छवियों की रिकॉर्डिंग और पुनरुत्पादन की तकनीक है। एक लेज़र बीम आंशिक रूप से एक वस्तु से और आंशिक रूप से दर्पण से परावर्तित होकर एक फोटोग्राफिक प्लेट पर हस्तक्षेप फ्रिंज उत्पन्न करता है, जो तब होलोग्राम बन जाता है। जब लेजर प्रकाश को होलोग्राम के माध्यम से प्रेषित किया जाता है, तो कोई वस्तु की त्रि-आयामी आभासी छवि देख सकता है।

लेजर (विकिरण का उत्सर्जन द्वारा प्रकाश प्रवर्धन) एक लेजर एक ऑप्टिकल उपकरण है जो सुसंगत मोनोक्रोमैटिक प्रकाश की एक गहन किरण का उत्पादन करता है। होलोग्राफी के अलावा, लेजर सर्जरी, कंप्यूटर, उद्योग, नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं आदि में अनुप्रयोग पा रहे हैं। यहां तक कि संयुक्त राज्य अमेरिका के प्रस्तावित स्टार वार्स कार्यक्रम में, लेजर बीम का उपयोग दुश्मन की मिसाइलों को नष्ट करने के लिए किया जाएगा।

प्रकाश का तरंग सिद्धांत स्थापित करने के लिए अपवर्तन, हस्तक्षेप और विक्षेप सभी सेवा करते हैं। प्रकाश एक अनुप्रस्थ तरंग है। यह प्रमाण प्रकाश के ध्रुवीकरण से आता है। प्रकाश तरंगों की तुलना में दैनिक जीवन में ध्वनि का अधिक उच्चारण होता है। क्योंकि ध्वनि की तरंग दैर्ध्य प्रकाश तरंगों की तुलना में बहुत अधिक है और बाधा के आकार के साथ तुलनीय है जो तरंगों के विवर्तन के लिए आवश्यक स्थिति है।

चुंबकत्व और बिजली

एक चुंबक को खुरदुरे उपचार द्वारा, लाल गर्म होने तक गर्म करने और फिर ठंडा करने या बिजली से डी-मैग्नेटाइज किया जा सकता है। जब किसी विद्युत धारा के माध्यम से लोहे की एक लंबी छड़ को चुम्बकित किया जाता है, तो यह लंबाई में थोड़ी वृद्धि करने के लिए पाया जाता है। यह छड़ की लंबाई के समानांतर अणुओं की व्यवस्था के कारण है। इस घटना को मैग्नेटोस्ट्रिक्शन के रूप में जाना जाता है। एक बार चुंबक उम्र के साथ कमजोर हो जाता है, आत्म विघटन के कारण। (क) यदि किसी चुंबक को स्वतंत्र रूप से निलंबित किया जाता है, तो यह हमेशा भौगोलिक उत्तर-दक्षिण दिशा में लगभग इंगित करता है। यह स्पष्ट है कि एक चुंबक का उत्तरी ध्रुव भौगोलिक उत्तर की ओर तभी इंगित करेगा जब भौगोलिक उत्तर में पृथ्वी के चुंबक का एक दक्षिणी ध्रुव हो ताकि चुंबक के उत्तरी ध्रुव को आकर्षित किया जा सके। इस प्रकार, भौगोलिक उत्तर में, पृथ्वी के चुंबक का दक्षिणी ध्रुव और भौगोलिक दक्षिण में होना चाहिए,

यदि हम पृथ्वी की सतह के नीचे उत्तर-दक्षिण दिशा में एक नरम लोहे की पट्टी बांधते हैं, तो यह पाया जाता है कि कुछ दिनों के बाद यह एक चुंबक के गुणों को प्राप्त करता है।

पृथ्वी के चुंबकत्व का कारण

यह संभवतः विद्युत प्रवाह को परिचालित करने के कारण पिघले हुए आवेशित धात्विक द्रव के कारण पृथ्वी के कोर की त्रिज्या के आंतरिक भाग के भीतर 3500 किमी (पृथ्वी की त्रिज्या 6400 किमी की तुलना में) गहरा है। पृथ्वी के क्षेत्र की ताकत लगभग 10 ^-4  Wbm ^-2 (1 Oersted ) है। यदि हम इस क्षेत्र को पृथ्वी के अंदर एक काल्पनिक चुंबकीय द्विध्रुवीय गहराई के कारण चित्रित करते हैं, तो इसकी धुरी पृथ्वी के घूर्णन के अक्ष के साथ मेल नहीं खाती है। ; दोनों लगभग 20 के कोण से "बंद" हैं।

चुंबकीय प्रेरण वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा लोहे या स्टील के टुकड़े को स्थायी चुंबक के संपर्क में या उसके पास रखा जाता है। प्रति यूनिट समय गुजरने वाले चार्ज की मात्रा को वर्तमान कहा जाता है। एक सेल द्वारा प्रदान की गई एक इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) या, एक जनरेटर वर्तमान के प्रवाह को बनाए रखने के लिए आवश्यक है। यदि किसी परिपथ में धारा का प्रवाह उसी दिशा में होता है तो उसे प्रत्यक्ष धारा कहा जाता है; यदि इलेक्ट्रॉन बारी-बारी से आगे और पीछे की ओर प्रवाहित होते हैं, तो यह प्रत्यावर्ती धारा है।

वर्तमान पास की मात्रा को एमीटर द्वारा मापा जाता है। वर्तमान की इकाई एम्पीयर है, जो संभावित अंतर वोल्ट है और प्रतिरोध ओम है। एक तार का प्रतिरोध तार की लंबाई के साथ बढ़ता है और तार के क्रॉस सेक्शन के क्षेत्र के साथ घटता है। प्रतिरोध के पारस्परिक को चालन कहा जाता है और इसकी इकाई mho है। जब सर्किट में करंट को कम करने के लिए उच्च प्रतिरोध की आवश्यकता होती है, तो विशेष मिश्र धातुओं का उपयोग किया जाता है। इनमें से सबसे आम हैं कॉन्स्टेंटन (60% तांबा 40% निकेल), मैंगनीन (84% तांबा, 12% मैंगनीज, 4% निकल) और निक्रोम। कॉन्स्टेंटन का उपयोग सामान्य उद्देश्यों के लिए किया जाता है, जबकि मैंगनीन का उपयोग उच्च गुणवत्ता वाले मानक प्रतिरोधक बनाने के लिए किया जाता है।

रिओस्तात। यह एक सर्किट में प्रवाहित धारा को बढ़ाता या घटाता है जिससे उसमें डाले गए प्रतिरोध तार की लंबाई बदल जाती है। इलेक्ट्रिक पावर काम करने की दर है और इसे वाट में मापा जाता है।

1 किलोवाट घंटा = 1000 वाट * 1 घंटा।

ट्रांसफॉर्मर कम वोल्टेज पर एक बड़े प्रत्यावर्ती धारा को एक छोटे प्रत्यावर्ती धारा में उच्च वोल्टेज और इसके विपरीत में परिवर्तित करने के लिए एक उपकरण है। यदि वोल्टेज बढ़ा दिया जाता है और करंट कम हो जाता है, तो इसे स्टेप अप ट्रांसफार्मर कहा जाता है। यदि वोल्टेज को नीचे ले जाया जाता है और करंट कम हो जाता है, तो ट्रांसफार्मर को स्टेप डाउन ट्रांसफार्मर कहा जाता है।
यह पारस्परिक प्रेरण के सिद्धांत पर आधारित है।

साइक्लोट्रॉन। साइक्लोट्रॉन एक मशीन है जिसका उपयोग आवेशित कणों को तेज करने के लिए किया जाता है। इसके सिद्धांत चुंबकीय क्षेत्र में आवेशित कणों की गति पर आधारित होते हैं जब एक गतिमान आवेशित कण एक चुंबकीय क्षेत्र में प्रवेश करता है जो अपने वेग और क्षेत्र दोनों के लंबवत होता है। इसलिए, यह अपने मार्ग से विक्षेपित है। यदि फ़ील्ड समरूप है और एक प्लेन में कण सामान्य पथ पर चलते हैं, तो गोलाकार हो जाते हैं। पथ का त्रिज्या कण के वेग पर निर्भर करता है अर्थात, वृत्त की त्रिज्या उच्च ऊर्जा के लिए बड़ी होती है।

वैन एलन विकिरण बेल्ट। भूमध्यरेखीय क्षेत्रों में एक विशाल क्षेत्र, वायुमंडल में उच्च, जहां आवेशित कणों को पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा फँसाया जाता है, वान एलन विकिरण बेल्ट कहलाता है।

डीसी जेनरेटर

डीसी डायनेमो यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। यह यूनिडायरेक्शनल करंट और ईएमएफ का उत्पादन करता है। यह इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन के सिद्धांत पर आधारित है जिसमें ईएमएफ को कॉइल से जुड़े बल की लाइनों की संख्या में परिवर्तन के कारण चुंबकीय क्षेत्र में घूमने वाले कॉइल में प्रेरित किया जाता है। प्रेरित धारा की दिशा फ्लेमिंग के दाहिने हाथ के नियम द्वारा दी गई है।

एसी जेनरेटर

जेनरेटर या डायनेमो यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में शामिल करने का एक उपकरण है। यह विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत पर आधारित है जिसमें ईएमएफ को कुंडल से जुड़े बल की लाइनों की संख्या में परिवर्तन के कारण चुंबकीय क्षेत्र में घूमने वाले कुंडल में प्रेरित किया जाता है। प्रेरित धारा की दिशा फ्लेमिंग के दाहिने हाथ के नियम द्वारा दी गई है।

विद्युत मोटर

एक विद्युत मोटर विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करने का एक उपकरण है। यह वर्तमान के चुंबकीय प्रभाव के सिद्धांत पर आधारित है, जब एक विद्युत ले जाने वाले कंडक्टर को चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, तो यह एक यांत्रिक शक्ति का अनुभव करता है और आगे बढ़ सकता है।